Introdução: Um cliente do setor de componentes pré-moldados de UHPC enfrentava, há muito tempo, problemas de instabilidade na resistência causados por variações nas matérias-primas durante a produção de componentes para pontes e peças pré-moldadas de UHPC.Com a introdução da microsílica MSILI UH-94, aliada a uma formulação adequada e à otimização do processo de mistura, o cliente melhorou a uniformidade e a densidade da pasta de UHPC, reduzindo o risco de flutuações na resistência à compressão aos 7 e 28 dias. Isso facilitou que o produto atingisse de forma mais estável os requisitos de resistência previstos no projeto, proporcionando uma solução de matéria-prima mais confiável para a produção em série de UHPC.
Contexto de produção e origem da variação
Um cliente do setor de componentes pré-moldados de UHPC produz principalmente componentes para pontes e peças pré-moldadas de UHPC. Esse cliente atua há muito tempo em projetos de engenharia e possui exigências elevadas quanto à resistência à compressão, fluidez, densidade e estabilidade entre lotes dos produtos.
Nas fases iniciais de produção, a formulação de UHPC do cliente já apresentava uma base de alta resistência, mas, durante os testes contínuos de mistura e a produção em série, a estabilidade da resistência nunca foi ideal. Mesmo com a mesma formulação, a mesma relação água/cimento e o mesmo regime de cura, a resistência à compressão dos corpos de prova de diferentes lotes apresentava flutuações; em alguns lotes, o desenvolvimento da resistência inicial era lento, e a resistência aos 28 dias também tinha dificuldade em se manter estável dentro do intervalo alvo.
Após uma análise detalhada, o cliente constatou que o problema não se resumia apenas à compatibilidade do cimento, da areia de quartzo ou do redutor de água; a estabilidade, o nível de atividade, o estado de dispersão e a adequação da granulometria da sílica ativa estavam se tornando variáveis-chave que afetavam a estabilidade da resistência do UHPC.
O UHPC é um sistema com baixa relação água/cimento, alto teor de pó e alta densidade. Estudos publicados indicam que a pó de sílica é uma matéria-prima fundamental no UHPFRC/UHPC, podendo influenciar desempenhos essenciais como a microestrutura, a reação de hidratação, a capacidade de autocompactação, a resistência à compressão, a resistência à flexão e à tração, bem como a durabilidade. Portanto, para os clientes de UHPC, a pó de sílica não é um simples enchimento, mas sim uma importante matéria-prima funcional que determina a estabilidade da resistência e a densidade do sistema.
Quatro fatores que limitavam a consistência
O sistema de UHPC original do cliente apresentava principalmente os seguintes problemas:
1. A variação entre lotes de matérias-primas afeta a estabilidade da resistência
A microsílice comum utilizada anteriormente pelo cliente apresentava certas variações entre os diferentes lotes, manifestando-se na falta de estabilidade do teor de SiO₂, da atividade, da finura, do estado de aglomeração e do efeito de dispersão. Para o concreto comum, esse tipo de variação pode ter um impacto limitado; no entanto, no sistema UHPC, devido à baixa relação água/cimento, ao alto consumo de pó e aos rigorosos requisitos de empilhamento de partículas, as variações da microsílice são significativamente ampliadas, refletindo-se, por fim, na resistência à compressão e no estado da pasta.
2. A resistência inicial e a resistência aos 28 dias não são suficientemente estáveis
Em alguns lotes, os blocos de ensaio do cliente apresentaram um crescimento mais lento da resistência inicial, além de dispersão na resistência à compressão aos 28 dias. Embora um único ensaio possa atingir uma resistência elevada, o cliente está mais preocupado com a capacidade de atingir os padrões de forma estável na produção em escala industrial, e não com o valor máximo obtido em um único ensaio.
3. A falta de uniformidade da pasta afeta a densidade interna
A estabilidade da resistência do UHPC pressupõe uma distribuição uniforme das partículas no interior da pasta, uma estrutura porosa refinada e uma zona de transição entre interfaces densa. Se os aglomerados de microsílice não puderem se dispersar efetivamente no sistema, isso enfraquecerá o efeito de microenchimento e a reação da cinza vulcânica, levando ao aumento de zonas de fragilidade localizadas e, consequentemente, afetando a estabilidade da resistência.
4. Ajustes repetidos na formulação e baixa eficiência nas provas de mistura
Devido à falta de estabilidade das matérias-primas, os clientes precisam ajustar frequentemente a dosagem do redutor de água, a relação água/cimento, o tempo de mistura e a proporção de pós, o que aumenta o ciclo de testes e os custos de validação técnica. Para os clientes de componentes pré-moldados de UHPC, esse tipo de instabilidade afeta diretamente o ritmo de entrega dos produtos.
Por que a UH-94 foi escolhida e como o teste foi planejado
Para resolver o principal problema do cliente — “é possível atingir alta resistência, mas a estabilidade entre lotes é insuficiente” —, sugerimos que o cliente substitua o micropó de sílica comum original pelo micropó de sílica semi-compactado UH-94, como principal material silícico ativo no sistema de UHPC.
1. Por que escolher a microsílice UH-94?
Os requisitos do sistema UHPC para a microsílice não se limitam apenas à “finura”, mas incluem também alto teor de SiO₂, baixo teor de impurezas, atividade estável e boa capacidade de preenchimento das partículas. Um de nossos clientes altamente especializados nesse segmento utiliza exatamente o produto MSILI UH-94. Por meio de um material ativo de alta silicidade mais estável, ele proporciona ao sistema UHPC uma base mais controlável para o microenchimento e a reação de cinza vulcânica.
2. Por que escolher o tipo semi-aglomerado?
O cliente não precisa apenas de “alta atividade”, mas também de que a microsílice apresente melhor capacidade de dispersão estável no sistema UHPC. Estudos publicados indicam que os aglomerados formados pela microsílice compactada podem ser redispersados por meio de métodos de mistura otimizados, sendo que a eficiência da dispersão está relacionada aos aditivos, à composição da mistura e à relação água/pó; em condições de alto teor de pó, baixa relação água/pó, redutores de água de alta eficiência e mistura com alto cisalhamento, os aglomerados de microsílice podem ser efetivamente desagregados.
A vantagem da microsílice MSILI UH-94 reside no fato de que ela se dispersa mais facilmente no sistema de UHPC do que a microsílice totalmente compactada, ao mesmo tempo em que contribui mais para manter a estabilidade entre lotes do que a microsílice comum do tipo solta. No que diz respeito ao problema atual do cliente, o tipo semi-compactado não foi escolhido simplesmente por ser “fácil de usar”, mas para alcançar um equilíbrio entre atividade, dispersão e estabilidade.
3. Ideia central da solução
Esta solução não consiste em uma simples substituição de matéria-prima, mas sim em uma otimização sistêmica voltada para a estabilidade da resistência do UHPC:
- primeiro, substituir a microsílice comum original, que apresentava grande variação, pela microsílice MSILI UH-94
- segundo,
- manter a dosagem de microsílice dentro de um intervalo razoável, tomando como referência a proporção de 15 a 25% da massa de cimento, comumente utilizada no UHPC; terceiro, otimizar a sequência de mistura a seco e a úmido, aumentando a eficiência de dispersão da microsílice no sistema; quarto, avaliar a estabilidade
- da formulação com base na fluidez, na resistência aos 7 dias, na resistência aos 28 dias e na dispersão da resistência
- quinto, fazer ajustes finos no redutor de água e no regime de mistura com base nos resultados dos ensaios, em vez de realizar ajustes repetidos e drásticos na fórmula principal.
Dosagem, sequência de mistura e resultados
1. Projeto da formulação de referência
Atualmente, o cliente utiliza um sistema composto por cimento, pó de sílica microfina, pó de quartzo, areia de quartzo, água, redutor de água policarboxílico e fibras de aço, com exigência de resistência superior a 120 MPa.A sugestão de proporção de referência é: cimento 1, pó de sílica 0,25, pó de quartzo 0,35, areia de quartzo 1,10, água 0,25, redutor de água 0,0012 e fibras de aço com adição de 2% em volume.
| Matérias-primas | Proporções de referência |
|---|---|
| Cimento | 1 |
| Pó de sílica micro UH-94 | 0,25 |
| Pó de quartzo | 0,35 |
| Areia de quartzo | 1,10 |
| Água | 0,25 |
| Redutor de água policarboxílico | 0,0012 |
| Fibras de aço | 2% da dosagem volumétrica |
O ponto central desta formulação não é simplesmente aumentar a dosagem de cinza de sílica, mas sim, por meio da otimização da granulometria entre o pó de microsílica, o cimento, o pó de quartzo e a areia de quartzo, aumentar a densidade da pasta de UHPC e reduzir o risco de variações na resistência.
2. Otimização do processo de mistura
O método de preparação do UHPC é o seguinte: primeiro, mistura-se a sílica ativa com a areia de quartzo a baixa velocidade por 5 minutos, utilizando a colisão entre as partículas rígidas para ajudar a dispersar os aglomerados de sílica ativa; em seguida, adiciona-se o cimento e o pó de quartzo e continua-se a mistura a seco por mais 5 minutos; por fim, adiciona-se água e redutor de água policarboxílico, fazendo com que o sistema passe gradualmente do estado de aglomeração para o estado de suspensão dispersa; as fibras de aço são adicionadas após a formação da pasta e misturadas em alta velocidade por 2 minutos.
Durante os testes, o cliente seguiu essa linha de raciocínio, concentrando-se nos dois aspectos de “desagregar os aglomerados de pó de sílica microfina” e “formar uma pasta homogênea”, em vez de aumentar cegamente a dosagem do redutor de água. Dessa forma, é possível reduzir a variação na resistência causada pela dispersão insuficiente em algumas áreas.
3. Referência aos resultados de fluidez
De acordo com os registros dos testes, os índices de expansão de fluidez do UHPFRC foram de 260 mm, 260 mm e 265 mm, respectivamente, todos pertencentes à categoria de UHPC viscoso com capacidade de autocompactação, atendendo aos requisitos. Após o cliente ter testado a micropó de sílica MSILI UH-94, o estado da pasta tornou-se mais uniforme, e a fluidez foi mais facilmente mantida em um intervalo estável, proporcionando uma base para a estabilidade da resistência em etapas posteriores.
4. Referência aos resultados de resistência
Em condições de secagem à temperatura ambiente, a resistência à compressão aos 7 dias foi de 108,07 MPa, e aos 28 dias, de 139,21 MPa.
Para o cliente, o valor da aplicação do microsilicato MSILI UH-94 não se resume apenas à busca pela maior resistência em um único teste, mas sim em ajudar a formulação a atingir a faixa de resistência alvo de maneira mais estável.
5. Resumo dos resultados dos testes do cliente
Durante o processo de testes de formulação do cliente, após o uso do pó de sílica micro MSILI UH-94, o sistema UHPC apresentou as seguintes melhorias:
- Primeiro, a uniformidade da pasta melhorou, e o estado de dispersão do pó tornou-se mais estável; segundo,
- as oscilações no índice de expansão fluida diminuíram, tornando o estado da mistura mais fácil de controlar; terceiro,
- o desenvolvimento da resistência aos 7 dias tornou-se mais estável, reduzindo o número de lotes com resistência inicial baixa; quarto,
- a dispersão da resistência à compressão aos 28 dias diminuiu, facilitando o alcance estável da faixa-alvo; quinto,
- a frequência de ajustes na formulação diminuiu, e o cliente não precisa mais compensar as variações nas matérias-primas alterando frequentemente a relação água/cimento ou a dosagem de aditivos.
Transferência para produção e análise técnica
1. Conteúdo da entrega
A entrega deste projeto não se limitou ao simples fornecimento do microssilicato MSILI UH-94, mas consistiu em recomendações completas de seleção de materiais com foco na estabilidade da resistência do UHPC, incluindo:
- recomendações sobre os indicadores de qualidade do microsílice
- recomendações sobre a dosagem de referência do UHPC; recomendações sobre a
- correspondência da granulometria do pó de quartzo e da areia de quartzo; recomendações
- sobre a sequência de mistura a seco e a úmido; recomendações
- sobre a adequação do redutor de água
- recomendações para a verificação da resistência aos 7 e 28 dias; recomendações para o
- acompanhamento da estabilidade dos lotes.
2. Conclusões da análise
Após a análise, percebe-se que a essência do problema original do cliente não era “a formulação do UHPC não atingir alta resistência”, mas sim “a instabilidade na resistência causada por variações nas matérias-primas essenciais”.
No sistema de UHPC, a microsílice desempenha simultaneamente três funções:
- primeiro, como enchimento ultrafino, preenchendo os microporos entre as partículas de cimento e o pó de quartzo
- segundo, como material silícico ativo, participando da reação de cinza vulcânica e promovendo a formação do gel C-S-H; terceiro,
- como parte do sistema de granulometria, influenciando a reologia da pasta, a densidade e a estrutura da interface.
Quando a estabilidade entre lotes da microsílice é insuficiente, essas três funções são afetadas. Após a substituição pela microsílice MSILI UH-94, o sistema de UHPC do cliente obteve uma base ativa mais estável e um estado de dispersão mais controlável, reduzindo assim o risco de flutuações na resistência.
3. Valor do caso
Este caso ilustra que, ao escolher o pó de sílica microfina, os clientes de UHPC não devem considerar apenas o preço, nem se limitar a um único indicador de SiO₂. O que realmente influencia a estabilidade da produção são as propriedades integradas do pó de sílica microfina, incluindo atividade, finura, estado de aglomeração, adequação à dispersão, consistência entre lotes e grau de compatibilidade com o sistema de cimento, pó de quartzo, areia de quartzo e redutores de água.
O valor do pó de sílica microfina MSILI UH-94 reside em ajudar os clientes a levar o UHPC da fase de “alto desempenho em laboratório” para a fase de “produção estável em obras”.
O que este estudo de UHPC demonstra
Para os clientes de UHPC, a instabilidade da resistência geralmente não é uma questão relacionada a um único parâmetro, mas sim o resultado da interação entre matérias-primas, granulometria, dispersão, mistura e cura. Nesse contexto, a microsílice, como aditivo mineral ativo central no sistema de UHPC, exerce influência decisiva na estabilidade da resistência.
Neste caso, ao adotar a micropó de sílica MSILI UH-94, o cliente resolveu o problema de instabilidade de resistência causado pelas variações na matéria-prima da micropó de sílica utilizada anteriormente, melhorando a uniformidade da pasta de UHPC, o desenvolvimento da resistência e a estabilidade entre lotes.
Para clientes que estão produzindo componentes de pontes em UHPC, lajes, pré-moldados de alta resistência, produtos RPC e materiais para nós de montagem, o pó de sílica micro MSILI UH-94 pode servir como uma solução especializada para UHPC que combina alta atividade, alta capacidade de dispersão e alta estabilidade.
